∫π每天一道数学题
2026年8月14日 · 星期五

对数函数不等式求最小值

≤ 不等式
#69

设函数 f(x)=(x+a)ln⁡(x+b)f(x)=(x+a)\ln(x+b),若 f(x)≥0f(x)\geq 0,则 a2+b2a^2+b^2 的最小值为( )

A. 18\frac{1}{8}

B. 14\frac{1}{4}

C. 12\frac{1}{2}

D. 11

参考解析

【答案】C 【分析】解法一:由题意可知: f(x)f(x) 的定义域为 (−b,+∞)\left(-b,+\infty\right) ,分类讨论 −a-a 与 −b,1−b-b,1-b 的大小关系,结合符号分析判断,即可得 b=a+1b=a+1 ,代入可得最值;解法二:根据对数函数的性质分析 ln⁡(x+b)\ln(x+b) 的符号,进而可得 x+ax+a 的符号,即可得 b=a+1b=a+1 ,代入可得最值. 【详解】解法一:由题意可知: f(x)f(x) 的定义域为 (−b,+∞)\left(-b,+\infty\right) , 令 x+a=0x+a=0 解得 x=−ax=-a ;令 ln⁡(x+b)=0\ln(x+b)=0 解得 x=1−bx=1-b ; 若 −a≤−b-a\le-b ,当 x∈(−b,1−b)x\in\left(-b,1-b\right) 时,可知 x+a>0,ln⁡(x+b)<0x+a>0,\ln\left(x+b\right)<0 , 此时 f(x)<0f(x)<0 ,不合题意; 若 −b<−a<1−b-b<-a<1-b ,当 x∈(−a,1−b)x\in\left(-a,1-b\right) 时,可知 x+a>0,ln⁡(x+b)<0x+a>0,\ln\left(x+b\right)<0 , 此时 f(x)<0f(x)<0 ,不合题意; 若 −a=1−b-a=1-b ,当 x∈(−b,1−b)x\in\left(-b,1-b\right) 时,可知 x+a<0,ln⁡(x+b)<0x+a<0,\ln\left(x+b\right)<0 ,此时 f(x)>0f(x)>0 ; 当 x∈[1−b,+∞)x\in\left[1-b,+\infty\right) 时,可知 x+a≥0,ln⁡(x+b)≥0x+a\ge0,\ln\left(x+b\right)\ge0 ,此时 f(x)≥0f(x)\ge0 ; 可知若 −a=1−b-a=1-b ,符合题意; 若 −a>1−b-a>1-b ,当 x∈(1−b,−a)x\in\left(1-b,-a\right) 时,可知 x+a<0,ln⁡(x+b)>0x+a<0,\ln\left(x+b\right)>0 , 此时 f(x)<0f(x)<0 ,不合题意; 综上所述: −a=1−b-a=1-b ,即 b=a+1b=a+1 , 则 a2+b2=a2+(a+1)2=2(a+12)2+12≥12a^{2}+b^{2}=a^{2}+\left(a+1\right)^{2}=2\left(a+\dfrac{1}{2}\right)^{2}+\dfrac{1}{2}\ge\dfrac{1}{2} ,当且仅当 a=−12,b=12a=-\dfrac{1}{2},b=\dfrac{1}{2} 时,等号成立, 所以 a2+b2a^{2}+b^{2} 的最小值为 12\dfrac{1}{2} ; 解法二:由题意可知: f(x)f(x) 的定义域为 (−b,+∞)\left(-b,+\infty\right) , 令 x+a=0x+a=0 解得 x=−ax=-a ;令 ln⁡(x+b)=0\ln(x+b)=0 解得 x=1−bx=1-b ; 则当 x∈(−b,1−b)x\in\left(-b,1-b\right) 时, ln⁡(x+b)<0\ln\left(x+b\right)<0 ,故 x+a≤0x+a\le0 ,所以 1−b+a≤01-b+a\le0 ; x∈(1−b,+∞)x\in\left(1-b,+\infty\right) 时, ln⁡(x+b)>0\ln\left(x+b\right)>0 ,故 x+a≥0x+a\ge0 ,所以 1−b+a≥01-b+a\ge0 ; 故 1−b+a=01-b+a=0 , 则 a2+b2=a2+(a+1)2=2(a+12)2+12≥12a^{2}+b^{2}=a^{2}+\left(a+1\right)^{2}=2\left(a+\dfrac{1}{2}\right)^{2}+\dfrac{1}{2}\ge\dfrac{1}{2} , 当且仅当 a=−12,b=12a=-\dfrac{1}{2},b=\dfrac{1}{2} 时,等号成立, 所以 a2+b2a^{2}+b^{2} 的最小值为 12\dfrac{1}{2} . 故选:C. 【点睛】关键点点睛:分别求 x+a=0x+a=0 、 ln⁡(x+b)=0\ln(x+b)=0 的根,以根和函数定义域为临界,比较大小分类讨论,结合符号性分析判断.

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